JPH11508826A - 接着テープで覆ったレーザ衝撃ピーニング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 金属部品をレーザ衝撃ピーニングする方法が、削摩媒質を持つテープ、好ましくは削摩層の片側に接着剤層を持つ自己接着テープによって接着で覆われた部品のレーザ衝撃ピーニング面に対して、レーザ・ビームを発射するこの面の上に水のカーテンを流しながら、レーザを発射する。レーザ・ビームを連続的に発射しながら、部品とレーザ・ビームの間に連続的な移動を行わせ、この連続的な発射により、部品のレーザ衝撃ピーニング面に対して、比較的一定の期間の合間に反復的にパルスが発射される。削摩媒質を蒸発させるのに十分なエネルギを持つレーザ・ビームを使う事により、パルスが前記面上にレーザ・ビーム・スポットを形成すると共に、レーザ衝撃ピーニング過程によって加えられた、前記面から部品の中に入り込む深い圧縮残留応力を持つ領域を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 接着テープで覆ったレーザ衝撃ピーニング 関連する特許出願 この出願は、継続中の米国特許出願通し番号第０８／３１９，３４６号、発明 の名称「ターボ機械のレーザ衝撃ピーニング加工した回転子部品」、同第０８／ ３７３，１３３号、発明の名称「レーザ衝撃ピーニング加工したガスタービン機 関のファン羽根の縁」、同第０８／３９９，２８５号、発明の名称「レーザ衝撃 ピーニング加工したガスタービン機関の圧縮器の羽根の縁」、及び同第０８／３ ６２，３６２号、発明の名称「走間レーザ衝撃ピーニング」と関連を有する。 発明の背景 発明の分野 この発明はガスタービン機関の部品のレーザ衝撃ピーニング、更に具体的に云 えば、レーザ衝撃ピーニングによって工作物に加えられた局在化した圧縮残留応 力を発生する削摩媒質を含むテープで工作物のレーザ衝撃ピーニング加工面を接 着して覆う事に関する。 関連技術の説明 レーザ衝撃ピーニング又はレーザ衝撃処理と呼ばれるのは、工作物の表面区域 をレーザ衝撃ピーニング加工する事によって加えられた深い圧縮残留応力を持つ 領域を作る過程である。典型的には、レーザ衝撃ピーニングは、高エネルギ・パ ルス型レーザからの多数の放射パルスを使って、米国特許第３，８５０，６９８ 号、発明の名称「材料の性質の変更」、同第４，４０１，４７７号、発明の名称 「レーザ衝撃処理」及び同第５，１３１，９５７号、発明の名称「材料の性質」 に記載される方法と同様に、工作物の表面に衝撃波を発生する。この業界で云わ れる、そしてこの明細書で用いるレーザ・ピーニングは、レーザ・ビーム源から のレーザ・ビームを利用して、塗装した又は被覆した又は被覆しない表面の瞬時 的な削摩又は蒸発による爆発力を発生する事によって、表面の一部分に強い局在 化した圧縮力を発生する事を意味する。レーザ・ピーニングは、工作物の外側表 面に圧縮応力を加えた保護層を作る為に利用されてきたが、これは、米国特許第 ４，９３７，４２１号、発明の名称「レーザ・ピーニング・システム及び方法」 に記載されているように、工作物の疲労破損に対する抵抗力をかなり強める事が 知られている。典型的には、こういう方法は、工作物の上に流す水のカーテンを 用いる。水のカーテンが閉込め媒質となって、この過程で発生された衝撃波を閉 込めると共に、それをレーザ衝撃ピーニング加工しようとする部品の材料のバル クに差向け、有益な圧縮残留応力を作り出す。この閉込め媒質は、この過程で発 生された破片並びに使われなかったレーザ・ビーム・エネルギを取去る為の担体 としても役立つ。水は、ＮＤ：ＹＡＧビームの波長に対して透明であって、生産 時に実現しやすいので、理想的な閉込め媒質である。レーザ衝撃ピーニング加工 する部品上の削摩媒質を持つ工作物の表面と水との間の隙間を略ゼロにして、水 のカーテンを連続的に接触した状態に保つ事が有用である事が判った。水のカー テンは１ ｍｍより大きな深さに保たなければならない場合が多い。多くの表面 張力効果及び部品の形状の為、隙間を略ゼロにし、所望の深さを保つのが困難で 、その結果、期待されるＬＳＰ効果がなくなる。米国特許第１３ＤＶ１２１５３ 、発明の名称「レーザ衝撃ピーニングの方法と装置」には、水の収容及び水のカ ーテンの性質を高める手段が記載されている。 レーザ衝撃ピーニングは、どんな生産技術もそうであるが、機械を用いるもの であり、時間がかかり、費用がかかる。従って、生産機械の量又は複雑さを少な くし、並びに／又は生産時間を短縮する技術があれば、どんな技術でも非常に望 ましい。この発明は、時間がかかる塗装及び塗料乾燥工程をそれほど時間のかか らないテープ貼り工程に置換えるものである。 この発明のレーザ衝撃ピーニングによって加えられた深い圧縮残留応力を持つ 領域は、米国特許第５，２３５，８３８号、発明の名称「形のずれた工作物の形 直し及び整流をする方法と装置」に記載されているように、レーザ・ビームを使 って工作物を局部的に加熱して硬化させる硬化作業によって誘起される、局部的 に区切られた圧縮残留応力を持つ工作物の表面層区域と混同してはならない。こ の発明は、高エネルギのパルス型レーザからの多数の放射パルスを使って、米国 特許第３，８５０，６９８号、発明の名称「材料の性質の変更」、同第４，４０ １，４７７号、発明の名称「レーザ衝撃処理」及び同第５，１３１，９５７号、 発明の名称「材料の性質」に記載された方法と同様に、工作物の表面に衝撃波を 発生する。業界で理解され、この明細書で使われるレーザ・ピーニングとは、レ ーザ・ビーム源からのレーザ・ビームを利用して、表面の一部分に強い局在化し た圧縮力を発生する事を意味する。レーザ・ピーニングは、工作物の外側表面に 圧縮応力を加えた保護層を作る為に利用されてきており、これは、米国特許第４ ，９３７，４２１号、発明の名称「レーザ・ピーニング・システム及び方法」に 記載されているように、疲労破損に対する工作物の抵抗力をかなり高める事が判 っている。１つの問題は、レーザ衝撃ピーニング過程の製造コストが禁止的に高 い事である。この発明のレーザ衝撃ピーニング過程は、レーザ衝撃ピーニング加 工の為のコストを節約する方法となるように考案されている。 発明の要約 金属部品のレーザ衝撃ピーニング加工する方法が、削摩媒質を持つテープ、好 ましくは、削摩層の片側に接着剤層を持つ自己接着テープによって接着して覆わ れた部品のレーザ衝撃ピーニング用のテープを貼った面に対してレーザを発射す る。レーザ・ビームを発射した表面の上に水のカーテンを流す。特定の１つの方 法は、部品を連続的に移動させる事を含み、その間同時に不動のレーザ・ビーム を発射する。これによって部品の一部分の上に、比較的一定の期間をおいて反復 的にパルスが加えられる。削摩媒質を蒸発させるくらいのエネルギを持つレーザ ・ビームを使うと、パルスがレーザ・ビームによって表面にレーザ・ビーム・ス ポットを形成すると共に、レーザ衝撃ピーニング過程によって、レーザ衝撃ピー ニング加工された表面から部品の中に入込む、深い圧縮残留応力を持つ領域を形 成する。部品を直線的に移動して、全体的に等間隔で直線的に整合する中心点を 持つ少なくとも１列の重なり合う円形レーザ・ビーム・スポットを作る事が出来 るし、隣接した列のスポットが重なり合うような、全体的に等間隔で直線的に整 合した中心点を持つ重なり合う円形レーザ・ビーム・スポットの２つ以上の列を 作るように、部品を移動し、レーザ・ビームを発射する事が出来る。レーザ・ビ ームの発射及び部品の移動は、隣接した列にある隣接したスポットの中心点が、 中心点が直線的に整合する線に沿った方向に、全体的に、同じ量だけ互いにずれ るようにする事が出来る。レーザ発射の各々の順序で、新鮮なテープを使って、 こういう工程を繰返す事が出来る。 この発明の別の実施例では、レーザ衝撃ピーニング用のテープを貼った面が、 １組の順序を用いてレーザ衝撃ピーニング加工される。この時、表面の各々の順 序にテープを貼り、その後部品を連続的に移動すると共に、不動のレーザ・ビー ムをこの表面に対して連続的に発射し、この組の相異なる順序で、隣接するレー ザ・ショック・ピーニング加工した円形スポットが命中し、どの１つの順序でも 、レーザ・スポットが重ならないようにする。更に特定の実施例では、隣接する 列の隣接するスポットの中心点が、中心点が直線的に整合している線に沿った方 向に、全体的に同じ量だけ互いにずれるように、レーザ・ビームの発射及び部品 の移動を行う事が出来る。 利点 この発明の利点は数多くあり、コスト、時間、人力並びにレーザ衝撃ピーニン グの複雑さを引き下げる事を含む。この発明は、退屈でコストがかかり、時間の かかる塗装、塗り直し及び塗料乾燥工程をそれほど時間のかからないテープ貼り 工程に置換えるものである。更にこの発明は、塗装及び乾燥に要する機械と材料 をいらなくし、塗料乾燥工程を省略する事によって、この過程を一層速くする。 この発明によって得られる利点の中には、高い引張り及び振動応力の場の中で 動作するように設計された、羽根のようなガスタービン機関の部品の一部分の表 面をレーザ衝撃ピーニング加工するコスト効率の良い方法がある。これによって こういう部品は、ファン羽根の前縁及び後縁にある刻み目及び裂け目による疲労 破損に一層良く耐える事が出来ると共に、従来の構成のファン羽根よりも寿命が 延びる。この発明の別の利点は、ファン及び圧縮機の羽根及びその他の部品を、 コスト効率の良い方法で構成して、普通行われているように、前縁及び後縁に沿 った厚さを増加する事なく、商業的に受け入れられる寿命スパンを持つようにす る事が出来る事である。この発明は、費用のかかる設計のやり直しや、現在頻繁 に行われ又は必要とされているように、疑いのあるファン羽根の頻繁な交換を避 けながら、従来のガスタービン機関のファン羽根の安全で信頼性のある動作が得 られるように、低コストの方法を用いて、現存のファン及び圧縮機の羽根を改造 する為に有利に用いる事が出来る。 図面の簡単な説明 この発明の上記の面及びその他の特徴を、次に図面について説明する。図面で は、 第１図はこの発明の実施例の方法に従って処理されるファン羽根の斜視図であ る。 第２図は第１図の処理の済んだファン羽根の断面図である。 第３図はテープを貼ってレーザ衝撃ピーニング・システムに取付けた第１図の 羽根の簡略斜視図で、この発明の方法を例示している。 第３Ａ図は、第３図の設定の部分的な断面図並びに部分的な略図である。 第４図は、第２図のファン羽根の前縁に沿ったレーザショックピーニング加工 した面上のレーザ衝撃ピーニング加工した円形スポットのパターンを示す略図で ある。 第５図は所定の順序内で重なり合う事のないレーザ衝撃ピーニング加工した円 形スポットの４つの順序を持つ特定のパターンの略図である。 発明の詳しい説明 第１図及び第２図には、この発明の１実施例によるレーザ衝撃ピーニングを行 う一例の航空機用ターボファン・ガスタービン機関のファン羽根８が略図で示さ れている。ファン羽根８が、羽根の台部３６から羽根先端３８まで半径方向外向 きに伸びるエーロフォイル３４を有する。ファン羽根８が、台部３６から根元部 分４０の半径方向内側端３７まで半径方向内向きに伸びる根元部分４０を有する 。根元部分４０の半径方向内側端３７に羽根の根元４２があり、これが羽根の軸 部４４によって台部３６に接続される。エーロフォイル３４は、エーロフォイル の前縁ＬＥ及び後縁ＴＥの間で弦方向に伸びる。エーロフォイル３４の弦Ｃが、 第２図に示すように、羽根の各々の断面で、前縁ＬＥ及び後縁ＴＥの間の線であ る。エーロフォイル３４の圧力側４６は、矢印Ｖで示す全体的な回転方向を向い ており、吸込み側４８がエーロフォイルの反対側にあり、中心線ＭＬが全体的に 弦方向で２つの面の大体中間に配置されている。 ファン羽根８が、羽根の台部３６から羽根先端３８までエーロフォイル３４の 前縁ＬＥに沿って伸びる前縁部分５０を有する。前縁部分５０が予定の第１の幅 Ｗ１を持っていて、前縁部分５０は、エーロフォイル３４の前縁に沿って起こり 得る刻み目５２並びに裂け目を持っている。エーロフォイル３４は、機関の運転 中に回転するファン羽根８によって発生される遠心力の為、かなりの引張り応力 の場にある。エーロフォイル３４は、機関の運転中に発生される振動も受け、刻 み目５２及び裂け目が高サイクル疲労応力の起こる場所となって、それらの周り に余分の応力集中を生じる。 刻み目及び裂け目に発生してそこから広がる恐れのあるひび割れ線に沿った羽 根の一部分の疲労破損に対抗する為、圧力側４６及び吸い込み側４８の少なくと も一方、好ましくは両方が、第２図にみられるように、レーザ衝撃ピーニング面 ５４とレーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ、レーザ衝撃ピーニン グ面からエーロフォイル３４の中に入り込む深い圧縮残留応力を持つ、予め応力 が加えられた領域５６とを有する。予め応力を加えられた領域５６が、幅Ｗ１の 範囲全体まで、弦方向に前縁部分５０と同長であって、幅Ｗ１の少なくとも一部 分に亘って合体するくらいに、エーロフォイル３４の中に深く入っている事が好 ましい。予め応力を加えられた領域５６が、前縁ＬＥに沿って半径方向に前縁部 分５０と同長である事が示されているが、これより短くても良い。 第３図及び第３Ａ図には、この発明のレーザ衝撃ピーニング方法及び装置１に 従って、「走間に」レーザ衝撃ピーニング加工を行う為に、羽根を移動し且つ位 置決めする為に使われるロボット・アーム２８に取付けられた羽根８が示されて いる。この発明を前縁部分５０のレーザ衝撃ピーニングに使う場合を例示するが 、この発明の実施例では、図示のように、レーザ衝撃ピーニング面５４が、接着 テープ層５９によって覆われていて、重なり合うレーザ衝撃ピーニング加工され た円形スポット５８を有する。従来のレーザ衝撃ピーニング過程では、レーザ衝 撃ピーニング面５４は、レーザ衝撃ピーニングの各々の順序の前に塗装されてい る。然し、この発明では、レーザ衝撃ピーニング面５４を少なくとも１つのテー プ層５９で接着によって覆って、レーザ衝撃ピーニング用のテープ貼り面５５を 作る。然し、この発明では、２つ以上の層を使う事も考えられ、それも特許請求 の範囲に含まれる。テープ５９は良好な削摩媒質であると共に接着性媒質である べきである。テープ５９が、第３Ａ図に示すように、接着材料の接着層６０と削 摩材料の削摩層６１を持つ自己接着性である事が好ましい。削摩層の適当な材料 は、ビ ニル・プラスチック・フィルムのようなプラスチック及び箔を含む。テープ５９ に対する適当な１つの供給源はスコッチ・ブランドＮｏ．４７１のプラスチック ・フィルム・テープであり、これに厚さ約４ミルの黒色顔料入りのビニル・プラ スチックの支持体及び厚さ約１ミルのゴム接着層を設ける事が出来る。接着層を 持たないテープ５９の形をした削摩媒質を、レーザ衝撃ピーニング面５４に直接 的に適用した適当な接着材料と共に使う事が出来る。テープ５９を衝撃ピーニン グ面５９にこすりつけ又はその他の方法で圧接して、テープとレーザ衝撃ピーニ ング面の間に泡が残るのを除くべきである。テープは、この発明では、面５４の 被覆と考えられる。ファン羽根８は、羽根の台部３６から羽根先端３８までエー ロフォイル３４の後縁ＴＥに沿って伸びる後縁部分７０をも有する。後縁部分７ ０は予定の第２の幅Ｗ２を持ち、第２図にみられるように、レーザ衝撃ピーニン グ面５４，及びレーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ、レーザ衝撃 ピーニングが加えられた面からエーロフォイル３４に入り込む深い圧縮残留応力 を持つ、予め応力が加えられた領域５６を形成する事が望ましい。 閉込め手段は、給水管１９の端にある給水ノズル２０から供給された水２１の ような澄明な流体のカーテンである。図に示すレーザ衝撃ピーニング装置１がレ ーザ・ビーム装置を含む。この装置は、発振器及び前置増幅器を持つ発生器３１ と、予め増幅されたレーザ・ビームを、何れも夫々第１及び第２の増幅器３０、 ３２を持つ２つのビームの光学伝送回路に供給するビーム分割器と、レーザ・ビ ーム２を伝送すると共に、レーザ衝撃ピーニング用のテープ貼り面５５に集束す る光学素子を含む光学系３５とを含む。制御装置２４を使ってレーザ・ビーム装 置を変調すると共に、制御された形でレーザ・ビーム２をレーザ衝撃ピーニング 用のテープ貼り面５５に発射する事が出来る。 予め圧縮応力が加えられた領域５６でレーザ・ビームの衝撃によって誘起され た深い圧縮残留応力は、全般的に約５０−１５０ ＫＰＳＩ（キロポンド／平方 吋）であって、レーザ衝撃ピーニング面５４から、レーザ衝撃によって誘起され た圧縮残留応力が加えられた領域５６の中に約２０−５０ミルの深さに入込んで いる。レーザ・ビーム衝撃によって誘起された深い圧縮残留応力は、レーザ衝撃 ピーニング用のテープ貼り面５５に対して±数ミル以内の焦点外れの高エネルギ のレーザ・ビーム２を反復的に発射する事によって発生される。典型的には、レ ーザ・ビーム２は、ギガワット／ｃｍ²級程度の尖頭エネルギ密度を持ち、テー プ貼り面５５の上に流される流水のカーテン２１を介して発射される。削摩層が 削摩され、プラズマを発生し、その結果材料の表面に衝撃波が発生する。こうい う衝撃波が流水のカーテンによってテープ貼り面に差し向けられ、テープ貼り面 の下方にある材料内に進行衝撃波（圧力波）を発生する。こういう衝撃波の振幅 及び量が、圧縮応力の深さ及び強度を決定する。テープは、標的面を保護する為 並びにプラズマを発生する為に使われる。削摩されたテープ材料が流水のカーテ ンによって洗い流される。 第４図に示すように、レーザは逐次的に「走間に」発射して、レーザ衝撃ピー ニング用のテープ貼りした面５５が、レーザ衝撃ピーニング用のテープ貼りした 面５５で、１つより多くの順序の発射を受けるようにする事が出来る。この発明 の好ましい実施例の方法は、テープ貼りした面に対してレーザ・ビームを連続的 に発射しながら羽根を連続的に移動して、隣接したレーザ衝撃ピーニングを受け た円形スポットが異なる順序で命中するようにする事が出来る。然し、この代わ りに、ビームと面の間の相対的な移動が行われるならば、レーザ・ビームを移動 しても良い。 第４図及び第５図は、このような４つの順序Ｓ１乃至Ｓ４のレーザ衝撃ピーニ ングを受けた円形スポット５８（円で示す）のパターンを示す。隣接していない レーザ衝撃ピーニングを受けた円形スポット５８の対応する中心Ｘが列の中心線 ６２にあるという特徴を例示する為に、Ｓ１順序が実線の円で示され、これに対 して他の順序は破線の円で示されている。複数の順序のパターンがレーザ衝撃ピ ーニング用のテープ貼り面５５の全体を覆っている。レーザ衝撃ピーニングを受 けた円形スポット５８は、重なり合うレーザ衝撃ピーニングを受けた円形スポッ トの列６４内で直径Ｄを持っている。このパターンは、レーザ衝撃ピーニング用 のテープ貼り面５５上の重なり合う衝撃ピーニングを受けた円形スポットの多数 の重なり合う列６４であって良い。第１の重なりは、所定の列内の隣接したレー ザ衝撃ピーニングを受けた円形スポット５８の間にあり、全体的に、隣接したレ ーザ衝撃ピーニングを受けた円形スポット５８の中心Ｘの間の第１のずれＯ１に よって定められ、直径Ｄの約３０％−５０％又はそれ以上に亘って変わり得る。 第２の重なりは、隣接する列内の隣接するレーザ衝撃ピーニングを受けた円形ス ポット５８間にあり、隣接する列の中心線６２の間の第２のずれＯ２によって全 般的に限定され、レーザ・ビームの用途と強度又はなだらかさに応じて、直径Ｄ の約３０％−５０％に亘って変わり得る。第３の重なりは、隣接した列６４にあ る隣接したレーザ衝撃ピーニングを受けた円形スポット５８の中心Ｘの間の直線 的なずれＯ３の形であって、特定の用途に応じて、直径Ｄの約３０％−５０％に 亘って変わり得る。 この方法は、エーロフォイルの表面には目立った影響又は損傷が全くなしに、 未使用又は未使用に近いテープだけが削摩されるように設計されている。これは 、羽根の動作に望ましくない空気力学的な影響を他の形で起こすかもしれないよ うな、レーザによる小さな汚点又は再溶解部でも出来ないようにする為である。 パターン全体を覆うにはいくつかの順序が必要になる事があり、レーザ発射の各 々の順序の合間にレーザ衝撃ピーニング面５４のテープの貼り直しが行われる。 各々の順序を発射するレーザは、いくつかのレーザ発射又はパルスを持ち、発射 の間にはよく「レップ」と呼ばれる期間を置く。レップの間、次のパルスが次の レーザ衝撃ピーニングを受ける円形スポット５８の場所で発生するように、部品 を移動する。部品を連続的に移動すると共に、レーザ・ビームのパルス又は発射 の時に適切な場所にあるようにタイミングを計るのが好ましい。各々の順序の１ 回又は更に多くの繰返しを使って、各々のレーザ衝撃ピーニングを受ける円形ス ポット５８に１回よりも多く命中させる事が出来る。これによって、各々の発射 又はレーザ・パルスに一層少ないレーザ・エネルギを使う事が出来る。 この発明の１例は、長さ約１１吋のエーロフォイル、約３．５吋の弦Ｃ、及び 前縁ＬＥに沿って長さ約２吋のレーザ衝撃ピーニング面を持つファン羽根８であ る。レーザ衝撃ピーニング面５４の幅（Ｗ１）は約０．５吋である。前縁ＬＥに 最も近い第１列６４のレーザ衝撃ピーニングを受ける円形スポット５８は、レー ザ・スポットの直径Ｄの約２０％、即ち、約０．２７吋だけ、前縁の先に延びて おり、こうして、前縁から約０．５４吋伸びる、レーザ衝撃ピーニング面５４の 下方の予め応力が加えられる領域５６に深い圧縮残留応力を加える。連続的なレ ーザ発射の４つの順序及び羽根の移動を使う。レーザのレップの間の発射が、削 摩されていないテープを貼った面上にあるスポット５８に対してなされ、これは 各々の順序の合間にテープの貼り直しを必要とする。各々のスポット５８に３回 命中し、その為、レーザ衝撃ピーニング面５４の合計１２回のテープ貼り及び貼 り直しに対し、４回の順序を３組使う。 第５図には、この発明によるレーザ衝撃ピーニング過程の別の実施例が示され ている。この過程は、５列のレーザ衝撃ピーニングを受けるスポットを使い、レ ーザ衝撃ピーニング面５４の区域全体をＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４で表す４つの 順序でカバーする事により、ファン羽根の前縁の全部又は一部分をレーザ衝撃ピ ーニングする為に使う事が出来る。レーザ衝撃ピーニング過程が最初の順序から 開始される。この順序では、羽根を連続的に移動し、レーザ・ビームを連続的に 発射し又はパルス駆動する間に、順序１で、４つ毎のスポットがレーザ衝撃ピー ニングを受ける。部品はＳ１のような所定の順序で、隣接したレーザ衝撃ピーニ ングを受けるスポットの間を移動するように調時される。このタイミングは、羽 根に対する連続的なレーザ発射のパルスの間のレップと一致する。５列全部の重 なり合うレーザ衝撃ピーニングを受ける円形スポット５８は、或る距離だけ隔た った各々の順序のスポットを含んでおり、この為レーザ衝撃ピーニングを受ける 同じ順序の他の円形スポットは、その周りのテープに影響しない。順序１の前に 最初のテープ貼りが行われるが、この順序１が、図４では完全な円で示されてお り、これに対して順序Ｓ２、Ｓ３及びＳ４などにおける他のレーザ衝撃ピーニン グを受けるスポットは、破線、一点鎖線及び二点鎖線で示されている。順序Ｓ１ 及び順序Ｓ２の間のように、次の順序の前に、レーザ衝撃ピーニングを加えよう とするレーザ衝撃ピーニング面５４の区域全体にテープを貼り直す。このように テープを貼り直す手順により、レーザ衝撃ピーニング面の裸の金属に直接的にレ ーザ・ビームが命中する事が避けられる。列の間及び隣接するスポットの間の間 隔が約３０％で、５列の区域をカバーする場合、１回のテープ貼り及び３回のテ ープの貼り直しが必要になり、この為実際には部品は合計４回テープ貼りが行わ れ、これは、その代わりに用いられていた塗装及び塗り直しよりも、人力及び機 械を使う事が一層少なく、一層速くなる。ファン羽根のような所定の部品を２列 乃至５列でレーザ衝撃ピーニングする事が望ましい事が判った。更に、各々のス ポット５８を３回又は更に大きな回数だけレーザ衝撃ピーニングする事が望まし い事が判った。各々のスポット５８に３回命中するとすると、合計１２回のテー プ貼り、即ち、１回のテープ貼りと１１回のテープの貼り直しが、順序Ｓ１−Ｓ ４の３組に対して必要になる。 この発明の好ましい実施例を、その考えを説明する為に詳しく説明したが、請 求の範囲に定められたこの発明の範囲を逸脱せずに、好ましい実施例に種々の変 更を加える事が出来る事を承知されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イートン，ロバート・レスリ アメリカ合衆国、45241、オハイオ州、シ ンシナティ、ベニントン・ドライブ、9965 番 (72)発明者 マックダニエル，アルバート・エヴァリッ ト アメリカ合衆国、45242、オハイオ州、シ ンシナティ、クーパーメドウ・レーン、 13055番 (72)発明者 ルージー，ジェフリー・デイヴィッド アメリカ合衆国、45215、オハイオ州、シ ンシナティ、レインボウ・リッジ、、216 番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属工作物をレーザ衝撃ピーニングする方法に於て、 削摩媒質を持つテープを用いて、工作物のレーザ衝撃ピーニング面を接着によ って覆う事により、テープを貼った面を形成し、 レーザ・ビーム及び金属工作物の間で連続的な移動を行わせる間、工作物のテ ープを貼った面に対して、比較的一定の期間の合間に反復的にパルスを発生する レーザ・ビームを連続的に発射し、 前記パルスを用いて、テープの削摩媒質を蒸発させるのに十分なエネルギを持 つレーザ・ビームを発射して、テープ上にレーザ・ビーム・スポットを形成する と共に、工作物内に、当該領域がレーザ衝撃ピーニング面から工作物の中に入込 むようなレーザ・ビーム・パルスによって加えられた深い圧縮残留応力を持つ領 域を形成し、 その上にレーザ・ビームを発射するテープの上に流体カーテンを流して、相対 的な移動が行われる間、重なり合うレーザ・ビーム・スポットのパターンを形成 する工程を含む方法。 ２．更に、請求項１記載の方法を用いて、工作物の両側を同時にレーザ衝撃ピ ーニングする事を含む請求項１記載の方法。 ３．工作物を直線的に移動すると共に、レーザ・ビームを不動に保って、全体 的に等間隔の直線上で整合する中心点を持つ１列の重なり合う円形レーザ・ビー ム・スポットを発生する請求項１記載の方法。 ４．工作物を移動すると共にレーザ・ビームを発射して、隣接する列のスポッ トが重なり合うような、全体的に等間隔の直線上で整合する中心点を持つ２列以 上の重なり合う円形レーザ・ビーム・スポットを発生する請求項３記載の方法。 ５．レーザ・ビームを発射すると共に工作物を移動して、隣接する列にある隣 接するスポットの中心点が、中心点が直線上で整合する線に沿った方向で全体的 に同じ分だけ互いにずれるようにする請求項４記載の方法。 ６．１組の順序を用いて、レーザ衝撃ピーニング面をレーザ衝撃ピーニングし 、各々の順序は深い圧縮残留応力を持つ領域を形成する衝撃波が発生されるよう なプラズマを発生するのに適したテープを用いて、前記面にテープを貼り、その 後、 連続的に工作物を移動させると共に不動のレーザ・ビームを前記面に連続的に発 射して、前記組の相異なる順序で、隣接するレーザ衝撃ピーニングを受ける円形 スポットに命中させるようにする工程を含む請求項４記載の方法。 ７．レーザ・ビームを発射すると共に工作物を移動して、隣接する列にある隣 接したスポットの中心点が、該中心点が直線上で整合する線に沿った方向に全体 的に同じ分だけ互いにずれるようにする請求項６記載の方法。 ８．更に、複数個の前記順序を用い、略各々のスポットに、前記複数個の内の 相異なる順序では１回より多く命中すると共に、任意の順序では１回だけ命中す るようにする請求項７記載の方法。 ９．前記テープが、削摩媒質を含む削摩層の片側に接着剤層を持つ接着テープ である請求項１記載の方法。 １０．前記面の一部分が前記接着テープの１つより多くの層で覆われている請 求項１記載の方法。 １１．前記接着テープがプラスチック・テープである請求項１記載の方法。 １２．前記流体が澄明である請求項１記載の方法。 １３．前記澄明な流体が水である請求項１２記載の方法。 １４．金属工作物をレーザ衝撃ピーニングする方法に於て、 工作物の表面部分に接着性支持体を接着する事により、接着性支持体を持つ金 属箔で工作物の表面部分を覆い、 金属工作物を連続的に移動しながら工作物のテープを貼った面に対して比較的 一定の期間の合間に反復的にパルスを発射する不動のレーザ・ビームを連続的に 発射し、 前記パルスを用いて金属箔を蒸発させるのに十分なエネルギを持つレーザ・ビ ームを発射して、該箔上にレーザ・ビーム・スポットを形成すると共に、工作物 に、レーザ・ビームのパルス発射によって加えられた深い圧縮残留応力を持つ領 域を形成して、該領域がレーザ衝撃ピーニング面から工作物の中に入込むように し、 それに対して前記レーザ・ビームを発射する箔の上に流体カーテンを流して、 相対的な移動が行われる間、重なり合うレーザ・ビーム・スポットのパターンを 形成する工程を含む方法。